系留無人機改善通信和監(jiān)視

Dragonfly Pictures (DPI) 開發(fā)了一種新型無人機，即系留懸停無人機。這種新型垂直起飛無人機是防風雨的，可以長時間停留在空中。無人機使用柔性電纜作為永久物理鏈接，以提供電力和通信以及機械支持。

與需要每 20 分鐘更換一次電池或快速充電的電池供電的多旋翼無人機不同，系留無人機通過連接到基站的電纜接收電力。這使得它們能夠在海拔高達 500 英尺的地方保持運行 400 多個小時——這要歸功于能量通過系繩的持續(xù)流動。

系留軍用/工業(yè)級無人駕駛多旋翼空中中繼 (UMAR) 無人機旨在跟蹤海上和陸基平臺，例如船舶、船只、卡車和其他車輛，此外還可以作為海軍基地的經(jīng)典用途通訊。

系留無人機

對遠程通信和情報、監(jiān)視和偵察 (ISR) 的需求增加，推動了人們對無人機的興趣；然而，前幾代無人機遇到了技術難題和限制，尤其是在飛行控制方面。用于物流應用的高速飛行固定翼無人機不具備機載監(jiān)視和通信功能。不受束縛的無人機在強風和大雨等不利條件下會遇到穩(wěn)定性問題。為了克服這些困難，蜻蜓開發(fā)了一種新型無人機，即系留懸停無人機。

與經(jīng)典無人機相比，這些無人機提供垂直起降能力。不需要跑道、發(fā)射或回收設備。它們還在動蕩的天氣、雨、雪、灰塵和高溫中提供良好的性能，并針對咸水海洋環(huán)境進行了優(yōu)化。系繩消除了電子干擾的危險，因此使系統(tǒng)不受 GPS 和無線電頻率的影響。

DPI 的系留無人機目前符合美國海軍在海上/海上環(huán)境中用于 ISR、通信和視頻應用的資格。

無人機通常提供高達幾百米的操作高度，限制因素是無人機支撐系繩重量的能力。系繩可以由芳綸或其他輕質(zhì)合成材料制成以提供強度，銅或鍍銅用于能量傳導，光纖用于數(shù)據(jù)和通信。該系統(tǒng)可以是基于地面的或基于車輛的。

懸停在船上方數(shù)百英尺的系留無人機克服了船舶通信系統(tǒng)的挑戰(zhàn)，這些系統(tǒng)受到地球曲率的限制，只能在視線范圍內(nèi)與地平線進行通信。系留無人機系統(tǒng)（UAS）可以提供超出視線的連續(xù)通信。系繩為無人機系統(tǒng)提供持續(xù)的動力和指揮/控制，從而大大增加了任務的持續(xù)時間。連接的 UAS 系統(tǒng)減少了操作員的工作量和任務規(guī)劃，允許主艦和船外資源進行更長時間的通信。

DPI 運營副總裁 Joe Pawelczyk 說：“UMAR 可以托管各種傳感器，包括攝像頭、雷達和天氣數(shù)據(jù)，這些傳感器可以在高海拔地區(qū)長時間收集。” “DPI 已經(jīng)在 45 英尺長的美國海岸警衛(wèi)隊船只、美國海軍艦艇和美國陸軍地面平臺上測試了其系留無人機系統(tǒng)?！?/p>

圖1：無人多旋翼空中中繼（UMAR）（來源：蜻蜓）

電源挑戰(zhàn)

系留架構的設計挑戰(zhàn)主要針對電源系統(tǒng)。電力必須以非常高的電壓和低電流從主船傳送到多旋翼無人機，以允許使用更薄、更輕的硬件資源，從而使無人機具有更大的機動性和更高的空中有效載荷。

系繩的重量、尺寸和電氣特性直接影響系留無人機的性能。反過來，電力輸送網(wǎng)絡對系繩設計有直接影響。為了實現(xiàn)更薄更輕的系繩，必須以非常高的電壓和低電流從主機向無人機輸送電力。這允許更大的機動性和更重的飛機有效載荷，從而改善通信和監(jiān)視

功率級別為 8 到 10 kW；在這些條件下，UMAR 無人機非常強大和堅固，可以在影響主船定位的湍流條件下保持持久的靜止定位。

在多旋翼無人機內(nèi)部，高壓轉(zhuǎn)換必須以盡可能小的占地面積和可減少空間和熱效應的外形尺寸進行。

為了應對這些嚴峻的電源挑戰(zhàn)，DPI 在其 UMAR 中采用了薄型 Vicor 高壓 BCM VIA 模塊，以實現(xiàn)高效率 (98%) 轉(zhuǎn)換，在 800 V 至 50 V 范圍內(nèi)只有 2% 的損耗和熱量。

為了給八個獨立的無人機轉(zhuǎn)子供電，DPI 使用了八個 Vicor 高壓 BCM4414 固定比率 DC/DC 轉(zhuǎn)換器。這些模塊具有固有的低 EMI 和很少的高頻諧波。Vicor BCM 中的集成 EMI 過濾器通過增加比傳統(tǒng) DC/DC 轉(zhuǎn)換器更小的尺寸和重量，有助于最大限度地降低 EMI 噪聲。

“使用 Vicor 電源模塊，我們能夠減輕無人機上所有組件的重量，從而在攜帶所需任務有效載荷的同時提高高度和空速，”Pawelczyk 說。